宇宙が見える 丸いものを好むこと。 惑星や恒星は、重力によってガスや塵の雲が質量の中心に向かって引き寄せられるため、球形になる傾向があります。 同じことは、ブラック ホール (より正確には、ブラック ホールの事象の地平) にも当てはまります。理論によれば、ブラック ホールは、空間の 3 つの次元と時間の 1 つの次元を持つ宇宙で球状に形作られている必要があります。
しかし、時々仮定されるように、私たちの宇宙がより高い次元を持っている場合、同じ制限が適用されますか? それらの設定では、他のブラック ホールの形状は可能ですか?
後者の質問に対する答えは、数学が教えてくれるように、イエスです。 過去 20 年間、研究者は、ブラック ホールを球形に限定する規則の例外を時折発見してきました。
今、新しい 紙 はさらに進んで、5 次元以上では無限の数の形状が可能であることを抜本的な数学的証明で示しています。 この論文は、アルバート・アインシュタインの一般相対性理論の方程式が、異国情緒あふれる高次元のブラック ホールを多種多様に生成できることを示しています。
新しい作品は純粋に理論的なものです。 そのようなブラックホールが自然界に存在するかどうかはわかりません。 しかし、おそらく粒子コライダーでの衝突の微視的な生成物として、そのような奇妙な形のブラックホールを何らかの方法で検出した場合、「私たちの宇宙がより高次元であることを自動的に示すでしょう」と述べた. マーカス・クーリ、ストーニーブルック大学の幾何学者であり、新しい研究の共著者である ジョーダン・レイノーン、最近のストーニーブルック数学博士号。 「そのため、私たちの実験で何かを検出できるかどうかを確認するのを待つだけです。」
ブラックホールドーナツ
ブラック ホールに関する非常に多くの話と同様に、この話もスティーブン ホーキングから始まります。具体的には、ブラック ホールの表面は特定の時点で 2 次元の球体でなければならないという 1972 年の証明から始まります。 (ブラック ホールは 3 次元の物体ですが、その表面は 2 つの空間次元しかありません。)
1980 年代から 1990 年代まで、ホーキングの定理を拡張することはほとんど考えられませんでしたが、弦理論 (おそらく 10 次元または 11 次元の存在を必要とするアイデア) に対する熱意が高まりました。 その後、物理学者と数学者は、これらの余分な次元がブラック ホールのトポロジーに何を意味するのかを真剣に検討し始めました。
ブラック ホールは、アインシュタインの方程式 (10 のリンクされた非線形微分方程式) の最も複雑な予測の一部であり、対処が非常に困難です。 一般に、それらは高度に対称的で単純化された状況でのみ明示的に解決できます。
ホーキング博士の結果から 30 年後の 2002 年、物理学者たちは ロベルト・エンパラン と ハーヴェイ・レアル—現在はそれぞれバルセロナ大学とケンブリッジ大学に所属しています — 5 次元 (空間の 4 つと時間の 1 つ) でアインシュタイン方程式の高度に対称的なブラック ホールの解を見つけました。 エンパランとレアルはこの物体を「黒リング」 – ドーナツの一般的な輪郭を持つ 3 次元の表面。
5 次元空間に 3 次元の曲面を描くのは難しいので、通常の円を想像してみましょう。 その円のすべての点を、2 次元の球に置き換えることができます。 この円と球体の組み合わせの結果は、固くてゴツゴツしたドーナツと考えられる 3 次元オブジェクトです。
原理的には、このようなドーナツ状のブラック ホールは、適切な速度で回転していれば形成される可能性があります。 「回転が速すぎるとバラバラになり、回転が遅すぎるとボールに戻ってしまいます」と Rainone 氏は言います。 「Emparan と Reall はスイート スポットを見つけました。彼らのリングは、ドーナツとしてとどまるのに十分な速さで回転していました。」